Osnovni pregled termodinamike kompresorjev
21 april, 2022
Za boljše razumevanje fizike termodinamike kompresorjev in pridobivanja toplote so v tem članku predstavljena glavna načela in dva plinska zakona.
Kako se prenaša toplota
Prenos toplote je temeljni pojem termodinamike, ki je bistven za razumevanje različnih industrijskih postopkov, vključno s sistemi za stisnjen zrak.
Po uvodu v termodinamiko v tem članku obravnavamo tri glavne vrste prenosa toplote (prevajanje, konvekcijo in sevanje) ter njihov pomen v različnih vrstah uporabe.
Prenos toplote lahko poteka na tri različne načine:
Prevajanje
Konvekcija
Sevanje
V resničnih razmerah poteka prenos toplote na vse tri načine hkrati, vendar ne enako.
V vsakem primeru toplota prehaja s toplega medija na hladnejšega: to je temeljno načelo termodinamike, po katerem toplota naravno prehaja iz območja z višjo temperaturo v območje z nižjo temperaturo.
3 vrste prenosa toplote
Prevajanje
Prevajanje je prenos toplote skozi trdni material. Do tega pride, ko molekule v snovi vibrirajo in prenašajo energijo na sosednje molekule. Ta proces je ključnega pomena v številnih industrijskih vrstah uporabe, kjer morajo materiali učinkovito prevajati toploto.
Primer prevajanja: dotik kovinske palice, ki je na enem koncu segreta. Toplota prehaja skozi palico do vaše roke.
Konvekcija
Konvekcija je prenos toplote z gibanjem fluidov (tekočin ali plinov). Ta vrsta prenosa toplote je bistvena v sistemih, kjer je gibanje fluidov potrebno za enakomerno porazdelitev toplote.
Primer konvekcije: vrela voda. Toplota, ki jo oddaja štedilnik, povzroči, da voda na dnu postane manj gosta in se dvigne, medtem ko se hladna voda spušča.
Sevanje
Sevanje je prenos toplote z elektromagnetnim valovanjem. Za razliko od prevajanja in konvekcije sevanje ne potrebuje medija in lahko poteka v praznem prostoru.
Primer sevanja: toplota sonca, ki vam greje obraz, ali pečenje sladkornih penic ob ognju. Sončeva energija potuje skozi vesoljski vakuum in segreva predmete na Zemlji.
Formuli za toplotno prevodnost in prenos toplote
Formula za toplotno prevodnost
Toplotna prevodnost je merilo za sposobnost materiala, da prevaja toploto. Formula je:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
pri čemer velja naslednje:
- Q je prenesena toplota (J),
- Λ je koeficient toplotne prevodnosti (W/m*K),
- A je površina toplotnega toka (m2),
- t je čas (s),
- ΔT je temperaturna razlika (K),
- Δx je razdalja (m).
Formula za prenos toplote s konvekcijo
Formula za prenos toplote s konvekcijo je:
Q = - h * A * t * Δ T
kjer je:
- Q je prenos toplote (J),
- h je koeficient prenosa toplote s konvekcijo (W/m2*K),
- A je površina (m2),
- t je čas (s),
- ΔT je temperaturna razlika med površino in fluidom (K).
Negativni znak pomeni, da se toplota prenaša z višje na nižjo temperaturo.
Formula za prenos toplote s sevanjem
Formula za prenos toplote s konvekcijo je:
Q = - k * A * t * Δ T
kjer je:
- Q je skupna prenesena toplota (J),
- k je koeficient prenosa toplote (W/m2*K),
- A je površina (m2),
- t je čas (s),
- ΔT je temperaturna razlika (hladno – toplo) (K).
Logaritemska srednja temperaturna razlika (LTMD) v izmenjevalnikih toplote
Prenos toplote v izmenjevalniku toplote je v vsaki točki odvisen od prevladujoče temperaturne razlike in skupnega koeficienta prenosa toplote. Zaradi tega je treba namesto linearne aritmetične vrednosti ΔT uporabiti logaritemsko srednjo temperaturno razliko Өm.
Formula za logaritemsko srednjo temperaturno razliko (LMTD) je:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
kjer je:
- Өₘ je logaritemska srednja temperaturna razlika (K),
- Ө₁ je temperaturna razlika med fluidoma na enem koncu izmenjevalnika toplote (⁀1),
- Ө₂ je temperaturna razlika med fluidoma na drugem koncu izmenjevalnika toplote (⁀2),
- ln označuje naravni logaritem.
Vrste uporabe prenosa toplote in rekuperacije toplote
Prenos toplote in rekuperacija toplote sta ključnega pomena v različnih panogah, kot so proizvodnja ter avtomobilska in energetska industrija. Prenos toplote vključuje prenos toplote z enega mesta na drugo, rekuperacija toplote pa se osredotoča na zajemanje in ponovno uporabo odpadne toplote.
Proizvodnja
V proizvodnji je učinkovit prenos toplote bistvenega pomena za oblikovanje kovin, oblikovanje plastike in kemično proizvodnjo. Ustrezno upravljanje toplote zagotavlja kakovost izdelkov in zmanjšuje porabo energije. Po drugi strani pa sistemi za rekuperacijo toplote zajemajo odpadno toploto iz teh postopkov in jo ponovno uporabijo drugje v objektu, na primer za predgrevanje surovin ali ogrevanje prostorov.
Avtomobilska industrija
V avtomobilski industriji je prenos toplote ključnega pomena za hlajenje motorja, klimatizacijo in upravljanje baterij električnih vozil. Učinkoviti toplotni sistemi povečujejo zmogljivost vozila in podaljšujejo njegovo življenjsko dobo, saj učinkovito odvajajo toploto od kritičnih sestavnih delov. Sistemi za rekuperacijo toplote pa zajemajo toploto, ki jo proizvajajo motorji in izpušni sistemi, da izboljšajo učinkovitost goriva ali omogočijo napajanje dodatnih sistemov vozila.
Energija
V energetskem sektorju je prenos toplote ključnega pomena za proizvodnjo energije, bodisi s tradicionalnimi fosilnimi gorivi bodisi z obnovljivimi viri, kot sta sonce in veter. Učinkoviti sistemi za izmenjavo toplote povečujejo proizvodnjo energije in zmanjšujejo količino odpadne toplote. Rekuperacija toplote po drugi strani vključuje zajemanje odpadne toplote iz postopkov proizvodnje energije in njeno uporabo za druge namene, kot je daljinsko ogrevanje ali dodatna proizvodnja energije s sistemi za soproizvodnjo toplotne in električne energije (CHP).
Z zrakom in plini povezane rešitve za proizvajalce polnilnikov za električna vozila
![Vtič za polnjenje električnih vozil z digitalnim zaslonom]()
Z zrakom in plini povezane rešitve za proizvajalce polnilnikov za električna vozila
Preberite več o proizvodnji baterij za električna vozila
![E-knjiga o proizvodnji baterij za električna vozila]()
Preberite več o proizvodnji baterij za električna vozila
Prenos toplote v sistemih za stisnjen zrak
Nastajanje toplote med stiskanjem
Med postopkom stiskanja se zaradi dela v zvezi z zrakom, ki je ustvarjeno pri tem, povečata tlak in temperatura zraka. To toploto je treba uravnavati, da se ohrani učinkovitost sistema in preprečijo poškodbe.
Pomen hlajenja stisnjenega zraka
Nenadzorovana toplota v sistemih za stisnjen zrak lahko povzroči poškodbe opreme, zmanjšano učinkovitost in kondenzacijo vlage. Hlajenje stisnjenega zraka je ključnega pomena za preprečevanje teh težav.
Izkoriščanje toplote za pomožno opremo
Toplota, ki nastaja v sistemih za stisnjen zrak, se lahko uporablja v pomožni opremi, kot so sušilniki in sušilne posode, kar povečuje splošno učinkovitost sistema.
Rekuperacija toplote
Rekuperacija toplote vključuje zajemanje in ponovno uporabo odpadne toplote, ki nastane med stiskanjem. Ta postopek zmanjšuje porabo energije, znižuje obratovalne stroške in spodbuja trajnost z zmanjšanjem izgube energije.
Prednosti rekuperacije toplote:
Manjša poraba energije: uporaba odpadne toplote zmanjšuje odvisnost od zunanjih virov ogrevanja.
Nižji obratovalni stroški: prihranki energije privedejo do nižjih obratovalnih stroškov.
V tem videoposnetku obravnavamo rekuperacijo toplote kompresorja. Ali ste vedeli, da se velik del električne energije, ki jo porabijo kompresorji, spremeni v toploto, ki se pogosto izgubi?
S sistemi za obnavljanje energije lahko to odvečno toploto znova uporabimo za ogrevanje, sušenje ali proizvodnjo tople vode za opravila, kot je prhanje, in industrijske postopke, kot sta čiščenje steklenic in temperiranje čokolade.
Želite izvedeti več o obnavljanju energije za svoje podjetje? Razumevanje različnih vrst prenosa toplote je ključnega pomena za različne industrijske načine uporabe, vključno s sistemi za stisnjen zrak. Z učinkovitim upravljanjem in izkoriščanjem toplote lahko industrijske panoge izboljšajo učinkovitost in znižajo stroške. Preberite več v naši e-knjigi.
Za več informacij o rekuperaciji toplote in drugih energijsko učinkovitih rešitvah obiščite našo stran o rekuperaciji toplote.
Pogosta vprašanja in primeri v zvezi s prenosom toplote v vsakdanjem življenju
Katere so tri vrste prenosa toplote?
Tri vrste prenosa toplote so prevajanje, konvekcija in sevanje. Prevajanje je prenos toplote z neposrednim stikom med materiali, na primer kadar se kovinska palica segreva po svoji dolžini.
Zakaj toplotni tok prehaja s toplega medija na hladnejšega?
Prehajanje toplotnega toka s toplega medija na hladnejšega temelji na drugem zakonu termodinamike, ki pravi, da se entropija ali nered v izoliranem sistemu povečuje.
Kako se toplota prenaša s prevajanjem?
Toplota se prenaša s prevajanjem prek neposrednega stika med molekulami v trdnem materialu.
Kako se toplota prenaša s konvekcijo?
Toplota se prenaša s konvekcijo zaradi gibanja fluidov, pri čemer se toplota enakomerno porazdeli.
Kako se toplota prenaša s sevanjem?
Toplota se prenaša s sevanjem prek elektromagnetnega valovanja, ne da bi za to potrebovala medij.
Kakšen je primer prenosa toplote s prevajanjem?
Primer prevajanja je kovinska žlica, ki se segreje od ročaja do konice, ko jo položimo v vročo tekočino.
Kakšen je primer prenosa toplote s konvekcijo?
Primer konvekcije je kroženje toplega zraka v ogrevanem prostoru.
Kakšni so primeri prenosa toplote s sevanjem?
Primera sevanja sta toplota, ki jo oddaja kamin, in sončna toplota.
Katera vrsta prenosa toplote je značilna za vrelo vodo?
Pri vrenju vode gre za konvekcijo, pri kateri voda zaradi toplote kroži in prenaša toploto.
Katera vrsta prenosa toplote lahko poteka v praznem prostoru?
Sevanje lahko poteka v praznem prostoru, saj ne potrebuje medija.
Katera vrsta prenosa toplote je značilna za sonce?
Sonce prenaša toploto na Zemljo s pomočjo sevanja.
Kakšno vrsto prenosa toplote uporabljajo sušilniki?
Sušilniki za prenos toplote in sušenje materialov običajno uporabljajo konvekcijo.
Kakšna vrsta prenosa toplote je značilna za mikrovalovno pečico?
Mikrovalovna pečica prenaša toploto in pripravlja hrano s pomočjo sevanja.
Kakšen je kemijski proces pečenja sladkornih penic?
Pri pečenju sladkornih penic prenos toplote s sevanjem povzroči kemično spremembo. V sladkorju potekata karamelizacija in Maillardova reakcija, pri čemer nastanejo molekule vode, ki izhlapijo in za seboj pustijo ogljik, zaradi česar zunanjost postane črna in hrustljava. Ta kombinacija kemičnih reakcij daje pečenim sladkornim penicam značilen okus in teksturo.
Povezani članki
Spremembe stanja plinov
18 februar, 2022
Za razumevanje delovanja stisnjenega zraka je koristno poznati osnove fizike. Preberite več o termodinamiki in o tem, kako pomembna je za razumevanje delovanja kompresorjev.
Pretok plina skozi cevi in dušenje
4 avgust, 2022
Za razumevanje delovanja stisnjenega zraka je koristno poznati osnove fizike. Preberite več o termodinamiki in o tem, kako pomembna je za razumevanje delovanja kompresorjev.